Мы любим и ценим слово "био", не так ли? Это, пожалуй, самый, наряду с "эко", не требующий сегодня никакого дополнительного маркетинга, и сам по себе являющийся маркетинговой основой префикса, который знают индоевропейские языки. За ним следуют все остальные. Он уже продан нам, его не надо дополнительно продвигать, потому что очередь все равно выстраивается. С другой стороны, в течение как минимум двух десятилетий в рамках вышеупомянутого "эко" предполагался энергетический переход, в котором - как спасение всего человечества перед тем, как нас спасут ветряные мельницы, солнечные батареи и тепловые насосы - слово газ спрягалось во всех падежах.

Конечно, февраль 2022 года многое изменил в этом плане, но все же газ не стал синонимом плохого мзима. Нам просто нужно научиться получать его не из России, а из других источников. При этом очень важно, чтобы эти источники были как можно более диверсифицированы. Так почему же "биогаз" долгое время был хитом и до сих пор им не стал?

Когда человек очень молод, у него есть мечты. У меня, выпускника средней школы 1990 г., мечтаний было много, потому что мир вдруг перевернулся, и в Польше появилась биотехнология (от этого слова у меня внутри все затрепетало). Пока в виде предложения изучать ее в нескольких университетах Польши, в том числе и во Вроцлаве. Если ты был финалистом олимпиады по биологии, то двери были открыты. А мне так хотелось... участвовать в создании биогаза (только второй моей концепцией посвятить свою жизнь чему-то очень стоящему была борьба с раком).

В этом тексте речь пойдет о биогазе. Разве не хорошо было бы превратить органические отходы, вонючие рыбные отходы, древесные отходы, коровий, свиной и птичий навоз или фильтрат очистных сооружений, которых много и которые плохо пахнут, во что-то полезное? В то, что дает тепло, свет и жизнь? Полезное, энергоэффективное и... потенциально дешевое (как мне показалось) вещество?

Якуб Вех, специалист сайта Energy 24, сообщил мне, что "отставание Польши в области энергетического перехода проявляется и в сфере биогаза. Это связано с тем, что в стране, входящей в первую двадцатку экспортеров агропродовольственных товаров, с 10%-ной долей фермеров в составе рабочей силы, практически отсутствует биогазовый сектор.

На Висле действует около 300 биогазовых установок. Для сравнения: в Германии - около 10 000, в Италии - около 1600, во Франции - около 1100. По этой причине доля биоэнергетики в польском энергобалансе незначительна и составляет 1 ГВт. Примерно такой же объем мощностей эксплуатируется в Польше на гидроэлектростанциях. Между тем потенциал производства биометана польским сельскохозяйственным сектором достаточно велик - он оценивается примерно в 4 млрд. куб. м в год. Это позволило бы полякам удвоить свои внутренние мощности по газоснабжению".

Поэтому вопрос серьезный и совершенно непонятный. Сам по себе этот вопрос является источником немалого числа научных открытий. Недавно, например, на "биогазовой фабрике" был обнаружен целый новый порядок анаэробных бактерий (порядок шире, чем семейство, род и вид), который может еще больше повысить эффективность производства биогаза. Первооткрыватели предложили для них название Darwinibiotices. Оказалось, что среди бактерий, обитающих на биогазовых установках, т.е. осуществляющих анаэробную ферментацию, необходимую для получения метана из разлагающегося органического вещества, Darwinibiotices вообще являются одними из самых многочисленных микроорганизмов. Этого до сих пор никто не замечал... Потому что и не искали.

Когда хочешь открыть новые бактерии, нужно отправляться туда, где происходят причудливые биохимические процессы. Такие, о которых никто из нас, метаболически однообразных и скучных, как манная каша на воде, эукариот (существ с клетками, снабженными ядром), даже не догадывается. Бактерии все липкие, крошечные и по сути круглые, но метаболизм у них самый разнообразный в мире. Действительно, они отличаются, так сказать, изнутри, а не на поверхности. Совсем иначе, чем мы.

Европейские специалисты, в основном из Дрезденского технологического университета, благодаря финансированию проекта Micro4Biogas, проанализировали 80 образцов с 45 биогазовых установок, расположенных в разных странах Европы, и обнаружили этот микроскопический "святой грааль". Представители Darwinibiotices присутствовали во всех образцах, несмотря на различия и расстояния между биогазовыми установками, с которых они были взяты. А это значит, что без этих бактерий биогаза не бывает, и если немного поработать над ними, то из той же массы биоотходов его может получиться больше.

Теперь нам необходимо вкратце понять, что такое биогаз и как он образуется. Этот процесс плохо изучен наукой, это так называемый "черный ящик", поскольку роль и динамика развития большинства участвующих в нем микроорганизмов остаются неизвестными. А поскольку их метаболизм настолько разнообразен, то продукт анаэробного сбраживания бактерии X может стать пищей для бактерии Y, которая, в свою очередь, произведет соединение, из которого только бактерия Z сможет получить метан. В случае анализируемых европейских биогазовых установок наиболее вероятно, что одно конкретное семейство бактерий этого нового порядка (например, семейство Darwinibacteriaceae) взаимодействует описанным выше образом с археями, присутствующими в ферментере. Археи - третья ветвь на древе жизни, помимо бактерий и эукариот, как и бактериальная ветвь, состоящая исключительно из безъяйцевых микроорганизмов). Таким образом, бактерии производят метаболические соединения - не всегда ясно, какие именно и в каких пропорциях, - которые археоны затем используют для производства метана.

Цель исследователей Darwinibiotices - сделать биогазовые установки устойчивыми к условиям и биомассе, используемой для производства, а главное - "менее зависимыми от субсидий для коммерческой эксплуатации, что даст толчок развитию возобновляемых источников энергии во всем мире". Так субсидируется ли биогаз? Сегодня бактерии делают его бесплатно из отходов (транспортировка практически ничтожна, так как это должно быть местное производство)? Неужели дешевле добывать нефть, которую аналогичные бактерии и геологические процессы делали несколько сотен миллионов лет назад?

Как уже экспериментально заявили исследователи из Гентского университета в 2018 году в ведущем журнале Energy & Environmental Sciences: "биогаз не нуждается в субсидиях". Если только мы не будем его сжигать, что также чревато неприятными последствиями: нет такого метана, который при сжигании не превращался бы в углекислый газ, а метан сам по себе тоже является парниковым газом. Биогаз не так экологичен, как его рисуют, но к этому я еще вернусь.

В своих расчетах специалисты из Гента использовали данные, согласно которым в 2018 году процесс сжигания биогаза обеспечивал извлечение около 10% "зеленой энергии" в ЕС. "зеленой энергии" в ЕС. И на тот момент субсидии на это сжигание составляли от 20 до 276 евро за мегаватт-час. В то время это было в полтора-шесть раз выше рыночной цены этого мегаватт-часа. В ЕС сжигание биогаза и получение из него электроэнергии по-прежнему субсидируется, и с тех пор ничего не изменилось. Бельгийские эксперты, напротив, предлагают превратить его в "сырье для химикатов, что будет выгодно компаниям, правительствам и окружающей среде". В чем же суть?

Биогаз - это, по сути, восстановленный углерод. Если мы хотим синтезировать органические соединения, то энергетически дешевле делать это из уже восстановленных соединений, поскольку перед синтезом их все равно придется химически восстанавливать. Кроме того, только треть энергии, содержащейся в биогазе, может быть преобразована в электричество. Остальные две трети теряются в виде так называемого остаточного тепла. А углерод, запертый в стабильных химических соединениях, не приводит к образованию парниковых газов до тех пор, пока эти химические соединения не начнут разрушаться, как правило, путем окисления. Таким образом, происходит важное связывание углерода - отсечение его от легкого окисления и перехода в атмосферу.

Центр микробной экологии и технологии и Лаборатория химических технологий Гентского университета предлагают химическим предприятиям перерабатывать биогаз, получаемый прямо из сети, в угарный газ, проще говоря, в чад, который является одним из основных видов сырья в химической промышленности, основанной на органическом синтезе. Другим компонентом для органического синтеза является метанол. Здесь предполагается, что, хотя биомасса перерабатывается на месте, ее продукт доступен везде, без необходимости транспортировки, в виде газа, закачиваемого в сеть, подобно природному газу. "Углеродный след" при этом уменьшается, поскольку часть ископаемого газа (т.е. биомассы, образовавшейся сотни миллионов лет назад и запертой до момента извлечения в земной коре) заменяется биогазом, который представляет собой переработанную органическую материю сегодняшнего дня.

"Мы можем в четыре раза увеличить мировую потребность в метаноле за счет биогаза из ЕС. Фактически это будет смесь продуктов: по нашим оценкам, мы можем поглотить более половины мировых промышленных выбросов углекислого газа за счет использования "природного биогаза", т.е. за счет разумного использования биомассы", - говорят биотехнологи из Гента, разработавшие необходимую для этого технологию. Но возможна ли "глубокая декарбонизация" с использованием производства и передачи биогаза в качестве примеси к природному газу, используемому в дальнейшем для органического синтеза? А это уже решать тем, кто принимает решение о субсидировании сжигания.

Ведь, как утверждает Якуб Вих, "политический климат вокруг биоэнергетики меняется. Климатическая политика Европейского Союза относит биогаз к возобновляемым ресурсам. Это основано на простом расчете, предполагающем непрерывное производство. Для получения биогаза необходимо иметь определенное количество биомассы, которая в процессе своего роста поглощает углекислый газ. Однако впоследствии, при ее сжигании, в атмосферу попадает соответствующее количество парниковых газов. Поэтому биогаз все чаще рассматривается как так называемая "серая" технология, которую следует не поощрять, а вытеснять".

Стоит отметить, что оценка "экологичности" биогаза уже несколько лет находится в состоянии колебания, что может разочаровать любителей так называемого биотоплива, т.е. выращивания масличных культур только для того, чтобы превратить их в субстанции, заливаемые в двигатели автомобилей. Я оставляю в стороне автомобильную тематику, с которой я не знаком, но по поводу абсолютной рентабельности процессов даже не столько для кошелька, сколько именно для экологии, ученые из Бангорского университета и Института Тюнена в Германии уже высказались в 2015 году на страницах журнала Global Change Biology Bioenergy. Их расчеты показывают, что биогаз из отходов как минимум в десять раз эффективнее биогаза, получаемого при выращивании сельскохозяйственных культур, с точки зрения сокращения выбросов парниковых газов в расчете на гектар обрабатываемой земли.

Действительно, и тогда, и сегодня во многих странах ЕС упомянутые выше субсидии на сжигание биогаза, известные как льготные тарифы на биоэлектричество, стимулируют использование сельскохозяйственных культур не на корм людям и животным, а для производства биогаза на крупных установках анаэробного сбраживания. Кроме того, обязательные "целевые показатели смешивания биотоплива" стимулируют производство жидкого биотоплива из продовольственных культур.

Если говорить языком, который в избытке используется в документах европейских институтов, хотя и проговаривая истины, которые там не всегда принимаются, то политические меры здесь не направлены на поиск наиболее устойчивых вариантов использования биоэнергии для снижения зависимости от загрязняющих ископаемых видов топлива и сокращения выбросов парниковых газов. Так называемая экологическая эффективность или, тем более, экологическая устойчивость - тема сложная и не для одной статьи. Однако я легко могу представить, что менее оскорбительно для здравого смысла и для Земли-матушки, где 9% населения голодает, производить электричество и тепло на бытовых биогазовых установках из свиного навоза и пищевых отходов, а не из кукурузы. Подписывайтесь на наш фейсбук Как отмечают авторы исследования, "анаэробное сбраживание навоза и пищевых отходов позволяет избежать выбросов при хранении навоза и компостировании пищевых отходов.[...] Однако необходимо позаботиться о минимизации выбросов аммиака при хранении и внесении на землю "биоудобрений" из дигестата, получаемого с помощью биогаза на установках анаэробного сбраживания".

Оказалось, что микроорганизмы, производящие биогаз в анаэробных метантенках, живут в высокоорганизованных биомах, где благополучие одного только что обнаруженного вида бактерий определяет эффективность других. Так уж устроен органический мир, что нельзя манипулировать только одним элементом, так же как нельзя манипулировать только одним зубчатым колесом в механизме - все будет двигаться. Биоинженерия - это один из видов манипуляций, система субсидирования - не меньше. Стоит понимать, что биогаз производится сложным и до конца не изученным способом, и, возможно, у него было бы лучшее будущее для нас, если бы к ученым прислушивались и тщательно проверяли их расчеты. Он может сэкономить нам много денег и сохранить планету, и "био" будет действительно зеленым, а не серым.

– Магдалена Кавалец-Сегонд

TVP ЕЖЕНЕДЕЛЬНИК. Редакторы и авторы

– Перевод Александр Кравченко

Источники:

● https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.09.08.556800v1
● https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.09.08.556802v1
● https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/EE/C8EE01059E
● https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/gcbb.12246